Hvordan planteverdenen former klimakredsløbet

For at forstå Jordens modstandskraft modellerer forskere ved ETH Zürich klimaændringer fra tidligere tider. Og de viser, at planter ikke blot er ofre for omstændighederne, men har været med til at forme klimaforholdene på Jorden.

I løbet af hundreder af millioner af år har Jorden gennemlevet en række klimatiske skift, der har formet planeten, som vi kender den i dag. Tidligere ændringer i CO₂ niveauer og temperatur kan hjælpe os med at forstå klodens reaktion på global opvarmning i dag.

Som en del af et voksende felt kaldet biogeodynamik, ræser forskere for at forstå, hvordan sådanne ændringer har påvirket livet på planeten i fortiden. "Vi forsøger at forstå processer, der er relevante for nutiden ved hjælp af den geologiske fortid," siger Julian Rogger, der fokuserer på biogeodynamik ved Institut for Geofysik ved ETH Zürich.

Rogger er fascineret af samspillet mellem planteliv og klima. Indtil videre er vores planet den eneste, vi kender til i universet, der er egnet til at understøtte levende organismer. Dens klimatiske forhold tillader tilstedeværelsen af ​​tilstrækkeligt flydende vand til at sætte planter og andre komplekse organismer i stand til at trives eller i det mindste overleve.

Når planetens klima ændrer sig, påvirker det plantelivet, hvilket tvinger økosystemer til at udvikle sig og tilpasse sig skiftende forhold. "Jeg er interesseret i selve livets rolle i hele systemet," siger Rogger. "Jeg synes, det er virkelig fascinerende at rekonstruere verden, som den var for millioner af år siden."

Planter former aktivt klimakredsløbet

I en artikel offentliggjort for nylig i tidsskriftet Science Advances , Rogger og kolleger fra ETH og University of Leeds hævder, at disse planter ikke kun er passive deltagere i Jordens klimacyklus - de kan spille en vigtig rolle i at forme den. "Vi kunne antage, at livet bare reagerer på ændringer, men det er også muligt, at det interagerer med systemet og regulerer det," siger Rogger.

For at vise hvordan brugte Rogger computermodeller, der simulerer samspillet mellem klimaændringer, kontinenternes bevægelse og planteliv i den dybe fortid. Modellerne viser, at planter sandsynligvis hjælper med at regulere sammensætningen af ​​planetens atmosfære ved at fange kulstof og udsende ilt, hvilket hjælper med at kontrollere CO₂ niveauer.

De fremskynder også processen med mineralforvitring i jord, en proces, der forbruger CO₂ . Roggers modeller antyder, at planetens klima og atmosfære er en del af en feedback-loop:Livet selv spiller en rolle i at regulere eller accelerere klimaændringer.

Rekonstruering af 390 millioner år af Jordens historie

Når forandringen er langsom - langsom nok til, at planter kan udvikle sig eller spredes til nye nicher over millioner af år - kan planteaktivitet fungere som en buffer, der forhindrer temperaturerne i at skifte for hurtigt. Men geologien og fossiloptegnelserne viser, at der også var ændringer, der fandt sted for hurtigt, og som resulterede i store forstyrrelser af vegetationen og endda masseudryddelser.

"Det, vi gerne vil vide, er, hvor hurtigt vegetationen er i stand til at ændre sine karakteristika, når verden pludselig bliver 5 eller 6 grader varmere," siger Rogger. "Det overordnede mål er at forstå co-evolutionen af ​​klima, vegetation og tektonik."

Rogger og hans medforfattere – et tværfagligt team af geologer, dataloger og jordforskere – skabte en computermodel for de sidste 390 millioner år, der tog højde for ændringen af ​​kontinenterne og klimaet og vegetationens reaktion på disse ændringer. At køre simuleringer på kraftige supercomputere kan stadig tage op til en måned, givet problemets kompleksitet og den tid, de formodes at repræsentere.

Når det er muligt, bruger teamet geologiske data til at gøre modellerne så realistiske som muligt:​​Kemisk analyse af sedimenter kan for eksempel være en indikator for kuldioxidniveauer i fortiden. Fossiler kan vise sig, når dramatiske klimaændringer førte til masseudryddelser eller udviklingen af ​​nye økosystemer som reaktion på ændrede forhold.

Modellerne viser, at lange perioder med stabilitet gør det muligt for vegetation at blomstre og optage CO₂ og stabilisering af jordens klima over tid. I deres modeller så holdet, at planter var i stand til at udvikle sig hurtigt nok til at tilpasse sig gradvise skift i klima og landskaber på grund af for eksempel kontinentaldrift.

Men når klimasystemet forstyrres og ændrer sig for hurtigt til, at vegetationen kan tilpasse sig, sker det modsatte:Planter udslettes og kan ikke fungere som en buffer til at bremse nedgearinger i klimaet. Uden planter til at fungere som bremser sker miljøændringer endnu hurtigere og skubber længere mod det ekstreme.

"Det er ligesom en feedback-effekt," forklarer Rogger. "Fordi reguleringen falder væk, kan du få en stærkere stigning i CO₂ og flere klimaændringer end tidligere forventet."

Spændighed sat på prøve

I den geologiske optegnelse er pludselige klimaændringer ofte ledsaget af masseudryddelse. "Der er stærke vegetationsændringer, hvor det tog tusinder til millioner af år for vegetationen at tilpasse sig og komme sig," siger Rogger, "og det, der kommer sig, kan være meget anderledes end det, der var der før."

Det er ikke gode nyheder. "Den forandringshastighed, vi har i øjeblikket, menes at være uden fortilfælde i løbet af de sidste 400 millioner år," siger Rogger. "Der kan være en reduktion i vegetationens kapacitet til at regulere klimaet, hvis der sker en stærk ændring, som vi oplever nu."

På et tidspunkt, hvor Jordens klima ændrer sig hurtigere end nogensinde før, har Roggers forskning praktiske implikationer:Information fra fortiden kan hjælpe mennesker i dag med at forstå, hvor modstandsdygtige Jordens sammenlåsende systemer er.

"Hvor hurtigt er økosystemer i stand til at reagere på ændringer i klimaet og landskabet? Det er en af ​​de største ubekendte," siger han. "Det er et akut spørgsmål - hvor modstandsdygtig er Jorden?"

Flere oplysninger: Julian Rogger et al., Hastighed for termisk tilpasning af terrestrisk vegetation ændrer Jordens langsigtede klima, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj4408

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af ETH Zürich